主权项 |
一种基于白光数字图像频域分析法的深基坑检测方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1:利用数字图像输入设备分别记录试件变形或移动前后的灰度对比图像;步骤S2:将所述灰度对比图像上传至图像处理系统;步骤S3:所述图像处理系统将所述上传的灰度对比图像数字化;步骤S4:以试件表面随机的灰度分布或特征斑纹为载体,对所述数字化的灰度对比图像通过白光数字图像频域分析法提取位移信息;所述步骤S4中,所述白光数字图像频域分析法包括如下步骤:假定g<sub>0</sub>(x,y)表示试件变形前的位置,g<sub>1</sub>(x,y)表示相应的变形后的位置,因此有:g<sub>1</sub>(x,y)=g<sub>0</sub>((x+u),(y+v)) (1)对变形前g<sub>0</sub>(x,y)的光振幅进行傅立叶变换,可得:G<sub>0</sub>(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)=∫∫g<sub>0</sub>(x,y)exp[‑2πi(xX<sub>f</sub>+yY<sub>f</sub>)]dxdy (2)在分析区域足够小,区域内各点位移u、v可以假定为常数时,对变形后g<sub>1</sub>(x,y)的光振幅进行傅立叶变换,可得:G<sub>1</sub>(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)=∫∫g<sub>0</sub>(x+u,y+v)exp[‑2πi(xX<sub>f</sub>+yY<sub>f</sub>)dxdy=G<sub>0</sub>(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)exp[‑2πi(uX<sub>f</sub>+vY<sub>f</sub>)] (3)式(3)乘以e<sup>‑iΔj</sup>,然后再与式(2)相加得到:<maths num="0001" id="cmaths0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>G</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>G</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>iΔj</mi></mrow></msup><mo>=</mo><msub><mi>G</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>i</mi><mo>[</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mrow><mo>(</mo><mi>u</mi><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>+</mo><mi>v</mi><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>Δj</mi><mo>]</mo></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000700608360000013.GIF" wi="1562" he="93" /></maths>令:A<sub>j</sub>(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)=|G<sub>0</sub>(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)+G<sub>1</sub>(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)e<sup>‑iΔj</sup>|<sup>2</sup> (5)<maths num="0002" id="cmaths0002"><math><![CDATA[<mrow><mi>B</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>|</mo><msubsup><mi>G</mi><mn>0</mn><mo>*</mo></msubsup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msub><mi>G</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000700608360000012.GIF" wi="809" he="91" /></maths>式(5)取模再平方,得:A<sub>j</sub>(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)=2B(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)[1+cos(2π(uX<sub>f</sub>+vY<sub>f</sub>)+Δj)] (6)令Δ<sub>j</sub>分别等于0,π/2,π,3π/2,可得到:A<sub>0</sub>=2B(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)+2B(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)cos(2π(uX<sub>f</sub>+vY<sub>f</sub>))A<sub>1</sub>=2B(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)‑2B(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)sin(2π(uX<sub>f</sub>+vY<sub>f</sub>))(7)A<sub>2</sub>=2B(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)‑2B(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)cos(2π(uX<sub>f</sub>+vY<sub>f</sub>))A<sub>3</sub>=2B(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)+2B(X<sub>f</sub>,Y<sub>f</sub>)sin(2π(uX<sub>f</sub>+vY<sub>f</sub>))对(7)式中的4式进行运算,可得:<maths num="0003" id="cmaths0003"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mrow><mo>(</mo><mi>u</mi><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>+</mo><mi>v</mi><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mrow><mo>(</mo><mi>u</mi><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>+</mo><mi>v</mi><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>tg</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mrow><mo>(</mo><mi>u</mi><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>+</mo><mi>v</mi><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000700608360000011.GIF" wi="1397" he="142" /></maths>即:<maths num="0004" id="cmaths0004"><math><![CDATA[<mrow><mover><mi>d</mi><mo>→</mo></mover><mo>·</mo><mover><mi>r</mi><mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mi>u</mi><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>+</mo><mi>v</mi><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow></mfrac><mo>[</mo><mi>nπ</mi><mo>+</mo><mi>arctg</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mn>4</mn></msub></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>=</mo><mfrac><mi>n</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>arctg</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mn>4</mn></msub></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000700608360000021.GIF" wi="1629" he="217" /></maths>在此方向上的条纹间距为Δr,Δr=r<sub>n+1</sub>‑r<sub>n</sub>,则<maths num="0005" id="cmaths0005"><math><![CDATA[<mrow><mo>|</mo><mi>d</mi><mo>|</mo><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><mo>·</mo><mi>Δr</mi></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000700608360000022.GIF" wi="1110" he="131" /></maths>考虑到成像的放大倍数M,式(10)中还应含有系数M,最后得到位移变化量:<maths num="0006" id="cmaths0006"><math><![CDATA[<mrow><mo>|</mo><mi>d</mi><mo>|</mo><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><mo>·</mo><mi>M</mi><mo>·</mo><mi>Δr</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>Lccd</mi><mrow><mn>2</mn><mo>·</mo><mi>M</mi><mo>·</mo><mi>k</mi></mrow></mfrac><mo>.</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000700608360000023.GIF" wi="561" he="131" /></maths> |